基于质量分级的岩体强度参数统计

 整理长江科学院历年来现场岩石力学试验成果和《岩基抗剪强度参数》一书收集的现场岩体抗剪强度试验资料,从中筛选出岩体抗剪强度试验值样本186个,其中I级岩体7个,II级岩体41个,III级岩体46个,IV级岩体76个,V级岩体16个;分别统计各级别岩体强度参数试验值,提出各级别岩体强度参数试验值取值范围,将此取值范围与《工程岩体分级标准》所给取值范围对比。结果表明,《工程岩体分级标准》所给岩体抗剪强度参数偏低。对40余个典型工程的前期勘测资料进行整理,从中筛选出岩体抗剪强度地质建议值样本110个,其中I级岩体12个,II级岩体22个,III级岩体28个,IV级岩体30个,V级岩体18个;分级进行统计,提出各级别岩体强度参数地质建议值范围,将地质建议值范围与《水利水电工程地质勘察规范》所给取值范围对比,结果表明两者基本一致。研究成果一方面为现有规程规范修订提供依据,另外还能深化工程人员对岩体强度的认识,为今后更合理确定岩体强度参数提供支撑。     

国标《工程岩体分级标准》的应用与进展

 依据已发表的与《工程岩体分级标准》(GB50218-94)(简称《国标》)相关的各类文献成果的整理与分析,对《国标》执行以来的工程应用实践效果、《国标》与RMR,Q系统及HC法等分级方法的相关性、在行业标准制订上的推动作用、以及基于《国标》的研究方法进展及相关完善建议等进行总结和综述。基于多个工程200余组实测数据的统计分析,给出《国标》BQ值与RMR分值间的综合统计回归公式,对《国标》BQ法与RMR法级别划分的对应性进行验证。研究表明,该分级方法体系严谨,具有很强的科学性和可操作性。利用岩体基本质量指标BQ,减少分级的主观性,提高分级的精度,降低工作难度,方便不同设计阶段的工程应用。另一方面,在已有实践基础上,有必要对该分级方法作进一步的修订和完善。     

岩体分级BQ与RMR的关系及其力学参数估计

在国标《工程岩体分级标准》（GB50218—94）岩体质量分级的基础上,提出了岩体基本质量指标BQ的简化计算方法。根据规范中建议的岩体物理力学参数取值范围,编制了各参数与BQ关系曲线图,通过非线性拟合分析,建立了各物理力学参数与BQ之间关系的经验公式。基于内摩擦角等效原则,通过比较已有的分别用RMR和BQ表达的岩体内摩擦角经验公式,推导出1个BQ和RMR之间的关系方程。同样基于变形模量等效原则,通过比较已有的分别用RMR和BQ表达的岩体变形模量经验公式,推导出4个BQ和RMR之间的关系方程。这5个关系方程与实测结果进行了比较分析,得到了上限线和下限线方程;由内摩擦角等效获得的关系方程趋势较好,取上限线和下限线的中间线对其进行修正,得到了本文建议的RMR和BQ之间的关系方程。     

国标岩体分级标准BQ的图解法表示

《工程岩体分级标准》(GB50218—94)作为适用于各类型岩石工程的岩体分级标准,其采用定性与定量相结合的分级方法,在不同岩体工程行业中得到广泛应用。但因其定性描述内容繁杂,分级依据相对笼统;定量指标BQ计算时需考虑相应限制条件,使得实用性受到一定限制。基于此,介绍应用图解法表示国标岩体分级标准BQ,将岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv作为纵、横坐标,同时将2个限制条件考虑进去,建立可反映岩体级别的BQ折线图。经工程实例验证表明,此方法可较方便、快捷、准确地确定待评估岩体质量级别。此外,针对BQ法局部定性特征描述与定量指标不一致的情况,利用图解法结果对BQ法岩石单轴饱和抗压强度Rc和岩体完整性指数Kv的定性划分提出相应优化建议,较原有分级标准,优化后的定性分级与岩体质量评价值的吻合度提高3%～12%。最后,对BQ图解法分级指标值的选取、修正因素对图解法评价结果的影响作有益讨论与图解表示,该研究思路与结果可为后期修正优化国标BQ法提供一定借鉴作用。     

基于统计岩体力学的隧道围岩分级方法

国标《工程岩体分级标准》(GB50218—94)在隧道设计阶段应用广泛,但是由于地质条件的复杂性及岩体各向异性的影响,不能精准预测施工阶段隧道围岩等级。本文基于统计岩体力学提出了针对隧道施工阶段的围岩分级方法,即通过现场岩体结构面统计和岩石力学试验,获取结构面参数和岩石力学参数,应用统计岩体力学强度理论及本构理论,获得具有各向异性特征的岩体弹性模量参数E_m,进而应用经验公式换算得到BQ值,从而确定隧道围岩基本分级。在实例中,小盘岭2号隧道GDK347+360里程处围岩设计分级为Ⅲ级;应用此方法重新分级的结果为Ⅳ级,低于设计分级,这与现场观察和监测的围岩性状吻合,说明本方法在隧道施工阶段能较为客观地反映围岩性质。以上研究结果表明,在含碳泥质板岩隧道围岩施工阶段岩体分级过程中,本方法具有良好地适用性。     

岩体基本质量定量分级标准BQ公式的研究

自1995 年7 月1 日起,我国施行“工程岩体分级标准”GB50218 94 ,该标准为强制性国家标准。本文论证了该标准中岩体基本质量定量分级BQ 公式的主要问题:分级因素,分级挡数和分级模式。介绍了以9 变量103 项岩体工程的野外和实验室测试数据为基础,通过相关分析,聚类分析,逐步回归和逐步判别等多种数学手段获得 BQ 公式的理论依据     

基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法

 对于线路工程上具有普遍性的岩质边坡,因数量多,范围广,工程勘察深度相对较浅。依据规范的测试和试验,建立一种基础性岩体质量评价方法,实现边坡工程岩体分级,并根据行业要求与经验提出支护措施,对提高岩质边坡工程设计与施工的科学性无疑具有重要的意义。针对现有的《工程岩体分级标准》(GB50218-94)没有涉及边坡工程岩体分级,在深入研究和系统消化边坡工程岩体分级成果基础上,提出基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法(简称BQ-RSlope方法)。该方法在岩体基本质量指标基础上,考虑控制边坡稳定性的主要结构面类型与延伸性、结构面产状与坡面间关系以及边坡内地下水发育程度等影响因素,对岩体基本质量指标进行修正,由此确定边坡工程岩体级别,并给出各级别边坡工程岩体自稳能力的评价。结合4个边坡工程10个坡段的应用性验证,表明依据文中方法获得的各边坡坡段的岩体质量分级以及该基于质量指标对边坡稳定性的评价结果与工程实际总体相符,提出的依据BQ的岩质边坡工程岩体分级方法是合适的。     

岩体变形参数确定的经验方法研究

在岩体工程变形分析和稳定性评价时,确定合理的岩体变形模量至关重要。现场试验可直接确定岩体的变形模量,获取的数据相对可靠,但是所需周期长、费用高,当现场试验受到各种制约条件而无法进行时,通过工程岩体分级指标估算岩体变形参数的经验方法,不失为一种经济实惠的选择。目前,国外已有大量学者通过对岩体分级方法的研究,得到了相应的岩体变形参数计算的经验公式,但在国内相关研究的开展则较少。《工程岩体分级标准》是我国岩体分级的国家标准,自1994年颁布以来,在国内岩土工程界得到了广泛的应用,但基于此分级方法来进行岩体变形参数估算方面的研究则相对较少,因此研究基于国标工程岩体分级指标预测岩体变形参数的经验公式具有广泛的应用价值。通过参考国外节理岩体变形模量的经验确定方法,吸取了相关的经验和成果,在搜集国内大型水利水电工程现场试验成果与工程岩体分级指标等相关成果基础上,结合数理统计原理,通过相关性分析,得到基于国标《工程岩体分级标准》BQ值估算岩体变形模量的经验公式。为提高预测岩体变形参数的准确性,通过对实测数据统计分析,得到了根据BQ指标、岩块弹性模量Ei估算岩体变形模量经验公式,并经三峡工程现场变形试验数据验证了该经验公式的可行性。上述研究成果为通过BQ指标估算岩体变形模量提供了一条合理的量化途径。     

《工程岩体分级标准》与Q分类法、RMR分类法的关系及变形参数估算

通过对不同工程的100多个现场实测数据的统计分析,研究了国标《工程岩体分级标准》与Q系统分类方法、RMR分类方法之间的关系,提出了表达它们之间关系的公式和对照表。研究了国标工程岩体质量[BQ]值与岩体变形模量之间的关系,提出了由工程岩体质量[BQ]值估算岩体变形模量的经验公式。     

裂隙岩质边坡渗流与非连续变形耦合过程分析

 裂隙岩体中的渗流–应力耦合作用是岩质边坡失稳的重要因素之一。离散裂隙网络(DFN)模型用于研究裂隙岩体渗流,具有概念简单、效率高、适用性强的优点,是研究裂隙岩体渗流问题最为有效的手段之一。非连续变形分析(DDA)方法是专门针对裂隙岩体的非连续特性提出的一种变形场求解方法,能够更加真实地刻画工程岩体。将DFN模拟和DDA方法结合起来,提出基于DDA-DFN的渗流–应力耦合模型,给出考虑裂隙渗流情况下岩体块体系统的瞬时平衡方程,用于研究裂隙岩体变形对渗流的影响和渗流–应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征。利用该耦合模型,对一大型水利水电工程边坡稳定性进行分析。结果表明,水库蓄水后,地下水大幅度抬升,渗流–应力耦合作用加剧,导致边坡裂隙岩体中的关键部位发生大变形甚至破坏,进而触发边坡的进一步失稳。实例分析验证了这种方法用于边坡稳定性分析的有效性。     

岩体分级方法在水布垭地下厂房工程中的应用

以国家标准《工程岩体分级标准》为主，Q系统分类、RMR地质力学分类方法为辅，对清江水布垭水利枢纽地下厂房岩体进行了质量分级，使这些分级方法在沉积岩中得到了应用，同时，建立了国标分级结果与支护方式之间的关系。     

龙滩水电站左岸地下厂房区三维地应力场反演分析

在龙滩地下厂房区工程地质和试验洞变形监测结果综合分析的基础上，建立地质概化和试验洞施工开挖模型；采用地应力场随埋深变化呈线性分布的假设，并根据地应力测试成果，确定地应力场的分布区间。在此基础上，采用均匀设计方法和三维显式有限差分法，通过模拟试验洞的开挖变形，对龙滩水电站厂房区岩体地应力场进行了三维变形反演分析。对比计算位移和监测位移，计算各方案的位移目标函数，获得了岩体地应力场沿深度的分布规律。比较监测与计算位移，两者在量值上相当，在变形趋势上也基本相同，而且实测与计算所得的地应力值较吻合，表明所获得的岩体地应力场是基本合理的，同时说明此反演方法简便、有效。     

岩块卸荷效应与工程岩体质量评价

工程岩体质量评价是地下洞室工程选址、设计必须回答的主要工程地质问题,在许多常用的岩体质量评价方法中,岩体的完整性指数是一个重要评价指标,而由于岩芯卸荷效应和室内、原位波速测试的频率差异方面的原因导致岩体完整性指数不能够准确的表示岩体的完整程度,有时甚至会产生岩体完整性指数大于1的不合理的现象。论文针对以上问题开展岩块波速应力关系相关的试验,研究岩块的波速应力关系,提出岩块卸荷指标和频率修正系数2个因子对岩体完整性指数计算公式进行修正,进而对国标BQ岩体质量分级法进行改进。最后将改进的BQ岩体质量分级法在黄岛地下水封石油洞库工程中进行应用,评价结果表明场区绝大部分岩体质量都为I级或II级。     

地应力释放对盾构隧道围岩稳定性和地表沉降变形的影响

针对广州地铁二号线越秀公园—三元里区间隧道,采用弹塑性有限元法分析了地应力释放对盾构隧道围岩强度和变形以及地表沉降变形的影响。计算结果显示:随着地应力释放值增加,隧道开挖面洞周拱顶、拱底、拱腰变形增大,围岩塑性区明显扩大,由稳定状态向不稳定状态转化;地表沉降变形也大大增加。